Qu'est-ce qu'une alimentation à découpage et en quoi diffère-t-elle d'une alimentation analogique conventionnelle

Dans de nombreux appareils électriques, le principe de mise en œuvre de l'alimentation secondaire a longtemps été appliqué grâce à l'utilisation d'appareils supplémentaires, qui sont chargés de fournir de l'électricité aux circuits qui nécessitent une alimentation à partir de certains types de tension, fréquence, courant ...

Pour cela, des éléments supplémentaires sont créés: alimentationstransformer la tension d'un type en un autre. Ils peuvent être:

• intégré dans le boîtier du consommateur, comme sur de nombreux périphériques à microprocesseur;

• ou fabriqués par des modules séparés avec des fils de connexion, similaires à un chargeur conventionnel sur un téléphone mobile.

En génie électrique moderne, deux principes de conversion d'énergie pour les consommateurs électriques, basés sur:

1. l'utilisation de transformateurs analogiques pour transmettre la puissance au circuit secondaire;

2. commutation des alimentations.

Ils ont des différences fondamentales dans leur conception, travaillent sur différentes technologies.

Alimentations pour transformateur

Initialement, seuls de tels modèles ont été créés. Ils changent la structure de tension en raison du fonctionnement d'un transformateur de puissance alimenté par un réseau domestique de 220 volts, dans lequel l'amplitude de l'harmonique sinusoïdale diminue, puis envoyé à un dispositif redresseur composé de diodes de puissance, qui sont généralement connectées selon le circuit du pont.

Après cela, la tension d'ondulation est lissée en parallèle par une capacité sélectionnée en fonction de la valeur de la puissance admissible, et stabilisée par un circuit semi-conducteur avec des transistors de puissance.

En changeant la position des résistances d'accord dans le circuit de stabilisation, il est possible d'ajuster la tension aux bornes de sortie.

Alimentations à découpage (UPS)

De tels développements de conception sont apparus en grand nombre il y a plusieurs décennies et ont commencé à jouir d'une popularité croissante dans les appareils électriques en raison de:

• la possibilité de compléter une base élémentaire commune;

• fiabilité d'exécution;

• les possibilités d'extension de la plage de travail des tensions de sortie.

Presque toutes les sources d'alimentation à découpage diffèrent légèrement dans leur conception et fonctionnent selon un schéma typique des autres appareils.

Les principales parties des alimentations comprennent:

• un redresseur de réseau assemblé à partir: d'inductances d'entrée, d'un filtre électromécanique qui permet de désaccorder les interférences et d'isoler la statique avec des condensateurs, un fusible secteur et un pont de diodes;

• capacité de filtrage cumulée;

• transistor de puissance clé;

• oscillateur maître;

• circuit de rétroaction réalisé sur des transistors;

• optocoupleur;

• alimentation à découpage, à partir de l'enroulement secondaire dont une tension est émise pour la conversion en un circuit de puissance;

• diodes de redressement du circuit de sortie;

• tension de sortie du circuit de commande, par exemple, 12 volts avec réglage effectué sur un optocoupleur et des transistors;

• condensateurs de filtrage;

• selfs de puissance, jouant le rôle de correction de tension et de diagnostic dans le réseau;

• connecteurs de sortie.

Un exemple de carte électronique d'une alimentation à découpage similaire avec une brève désignation de la base de l'élément est illustré sur la photo.

Comment fonctionne une alimentation à découpage

L'alimentation à découpage produit une tension d'alimentation stabilisée grâce à l'utilisation des principes d'interaction des éléments du circuit onduleur.

La tension réseau de 220 volts est fournie par les fils connectés au redresseur. Son amplitude est lissée par un filtre capacitif grâce à l'utilisation de condensateurs résistant à des pics de l'ordre de 300 volts, et est séparée par un filtre parasite.

Entrée pont de diode rectifie les sinusoïdes qui le traversent, qui sont ensuite transformées par un circuit à transistors en impulsions haute fréquence et rectangulaires avec un certain rapport cyclique. Ils peuvent être convertis:

1. avec séparation galvanique du réseau d'alimentation des circuits de sortie;

2. sans effectuer un tel dénouement.

Alimentation à découpage isolée

Dans ce cas, les signaux haute fréquence sont envoyés à un transformateur d'impulsions, effectuant une isolation galvanique des circuits. En raison de l'augmentation de la fréquence, l'efficacité de l'utilisation d'un transformateur augmente, les dimensions de son circuit magnétique et son poids sont réduits. Le plus souvent, les ferromagnétiques sont utilisés pour un matériau d'un tel noyau, et l'acier électrique n'est pratiquement pas utilisé dans ces dispositifs. Cela permet également de minimiser la conception globale.

Une des versions du circuit d'alimentation à découpage avec isolation des transformateurs des circuits est illustrée.

Dans ces appareils, il existe trois chaînes interconnectées:

1. Contrôleur PWM;

2. une cascade de touches d'alimentation;

3. transformateur d'impulsions.

Comment fonctionne un contrôleur PWM?

Un contrôleur est un appareil qui contrôle un processus. Dans le bloc d'alimentation considéré, il s'agit du processus de conversion de la modulation de largeur d'impulsion. Il est basé sur le principe de génération d'impulsions de même fréquence, mais avec des temps de commutation différents.

L'apport de moment correspond à la désignation d'une unité logique et l'absence correspond à zéro. De plus, ils sont tous égaux en amplitude et en fréquence (ont la même période d'oscillation T). La durée de l'état de marche de l'unité et sa relation avec la période changent et vous permettent de contrôler le fonctionnement des circuits électroniques.

Les changements typiques dans les séquences SHIP sont illustrés dans le graphique.

Les contrôleurs créent généralement de telles impulsions avec une fréquence de 30 ÷ 60 kHz.

Un exemple est un contrôleur réalisé sur une puce TL494. Pour ajuster la fréquence de génération de ses impulsions, un circuit composé de résistances avec condensateurs est utilisé.

Cascade de travail des touches d'alimentation

Il se compose de transistors puissants sélectionnés à partir de modèles bipolaires, de champ ou IGBT. Un système de contrôle individuel peut être créé pour eux sur d'autres transistors de faible puissance ou pilotes intégrés.

Les touches d'alimentation peuvent être activées de différentes manières:

• chaussée;

• demi-pont;

• avec un point médian.

Transformateur d'impulsions

Les enroulements primaire et secondaire montés autour d'un noyau magnétique en ferrite ou en alsifer peuvent transmettre de manière fiable des impulsions haute fréquence avec des fréquences allant jusqu'à 100 kHz.

Leur travail est complété par des chaînes de filtres, stabilisateurs, diodes et autres composants.

Commutation des alimentations sans isolation galvanique

Dans les alimentations à découpage conçues selon des algorithmes qui excluent l'isolement galvanique, un transformateur d'isolement haute fréquence n'est pas utilisé et le signal passe directement au filtre passe-bas. Un principe similaire de fonctionnement du circuit est illustré ci-dessous.

Caractéristiques de stabilisation de la tension de sortie

Toutes les alimentations à découpage incorporent des éléments qui fournissent une rétroaction négative avec les paramètres de sortie. De ce fait, ils ont une bonne stabilisation de la tension de sortie sous des charges changeantes et des fluctuations dans le réseau d'alimentation.

Les méthodes de mise en œuvre de la rétroaction dépendent du schéma utilisé pour faire fonctionner l'alimentation. Elle peut être réalisée dans des unités fonctionnant avec une isolation galvanique grâce à:

1. effet intermédiaire de la tension de sortie sur l'un des enroulements d'un transformateur d'impulsions haute fréquence;

2. L'utilisation d'un optocoupleur.

Dans les deux cas, ces signaux contrôlent le rapport cyclique des impulsions fournies à la sortie du contrôleur PWM.

Lors de l'utilisation d'un circuit sans isolation galvanique, la rétroaction est généralement créée en connectant un diviseur de tension résistif.

Avantages de la commutation des alimentations par rapport à l'analogue conventionnel

Lorsque vous comparez les conceptions de blocs avec des indicateurs de performance égaux, les alimentations à découpage présentent les avantages suivants:

1. poids réduit;

2. efficacité accrue;

3. moindre coût;

4. gamme étendue de tensions d'alimentation;

5. la présence de protections intégrées.

1. Le poids et les dimensions réduits des alimentations à découpage s'expliquent par le passage des conversions d'énergie à basse fréquence par des transformateurs de puissance puissants et lourds avec des systèmes de commande situés sur de grands radiateurs de refroidissement et fonctionnant en mode linéaire constant aux technologies de conversion et de régulation des impulsions.

En augmentant la fréquence du signal traité, la capacité des filtres de tension et, par conséquent, leurs dimensions sont réduites. Leur schéma de redressement est également simplifié jusqu'à la transition vers la demi-onde la plus simple.

2. Pour les transformateurs basse fréquence, une proportion importante de la perte d'énergie est créée en raison de la libération et de la dissipation de chaleur lors des transformations électromagnétiques.

Dans les blocs d'impulsions, les pertes d'énergie les plus importantes sont créées lors de l'apparition de transitoires lors de la commutation des cascades de touches de puissance. Et le reste du temps, les transistors sont dans une position stable: ouverts ou fermés. Avec cette condition, toutes les conditions sont créées pour la perte minimale d'électricité, lorsque le rendement peut être de 90 ÷ 98%.

3. Le prix des alimentations à découpage diminue progressivement en raison de l'unification en cours de la base des éléments, réalisée par un large éventail d'entreprises entièrement mécanisées dotées de machines robotisées. De plus, le mode de fonctionnement des éléments de puissance basés sur des touches contrôlées permet l'utilisation de composants semi-conducteurs moins puissants.

4. La technologie d'impulsion vous permet d'alimenter des unités d'alimentation à partir de sources de tension avec différentes fréquences et amplitudes. Cela élargit le champ d'application de leur application dans des conditions de fonctionnement avec diverses normes d'énergie électrique.

5. Grâce à l'utilisation de modules semi-conducteurs de technologie numérique de petite taille, il est possible d'intégrer de manière fiable des protections dans la conception de blocs d'impulsions, qui contrôlent l'apparition de courants de court-circuit, déconnectent les charges à la sortie de l'appareil et d'autres modes d'urgence.

Pour les alimentations conventionnelles des transformateurs, de telles protections ont été créées sur l'ancienne base électromécanique à relais et semi-conducteur. Leur appliquer la technologie numérique dans la plupart des programmes n'a plus de sens. L'exception concerne les caisses alimentaires:

• circuits de commande de faible puissance d'appareils électroménagers complexes;

• dispositifs de contrôle de faible précision de haute précision, par exemple, utilisés dans des équipements de mesure ou à des fins métrologiques (compteurs électriques numériques, voltmètres).

Inconvénients de la commutation des alimentations

Interférence V / h

Étant donné que les alimentations à découpage fonctionnent sur le principe de la conversion des impulsions haute fréquence, elles produisent dans toute conception des interférences transmises à l'environnement. Cela crée le besoin de les supprimer de diverses manières.

Dans certains cas, l'annulation du bruit peut être inefficace, ce qui élimine l'utilisation d'alimentations à découpage pour certains types d'équipements numériques de précision.

Limites de puissance

Les alimentations à découpage ont une contre-indication pour fonctionner non seulement à des charges élevées, mais également faibles. Si une forte diminution du courant en dehors de la valeur critique minimale se produit dans le circuit de sortie, le circuit de démarrage peut échouer ou l'unité émettra une tension avec des caractéristiques techniques déformées qui ne correspondent pas à la plage de fonctionnement.

Et dans cet article, lisez réparation d'alimentations à découpage.